辽源西安煤矿含煤盆地演化及找煤方向

2014-03-26王国臣杜红波

吉林地质 2014年3期

王国臣，李鑫，杜红波

吉林省煤业集团有限公司，吉林长春 130012

0 引言

具有百年开采历史的辽源煤矿正处于“资源枯竭”阶段，已影响该地区经济发展和人文建设，煤炭资源的再开发正是当前辽源地区亟待解决的重中之重问题。作者有机会与原长春地质学院刘占声教授共同研究“吉林省煤田分布特征和预测”，就辽源老矿区的成煤构造环境、含煤层位、煤矿保存条件，煤矿勘探与开采等方面问题进行了探讨研究，以此为契机对辽源西安老矿深部及外围找矿预测获取了科学创新性调查研究成果。

1 含煤盆地地质概况

辽源西安煤矿坐落于辽源市西安区，中生代含煤盆地的东南端。该盆地是辽河源北西向晚侏罗纪断陷式火山含煤盆地向西北的延伸部分，辽源盆地与辽河源盆地具有同根同源的特征。在辽源盆地的北东和南西两侧被高角度正断层控制，显示了狭长型火山断陷盆地形态。北西延展至辽源东辽县辖区内，盆地以凹陷形式演化，晚侏罗纪火山岩和含煤岩系的堆积表现向北东方向超伏形式扩展形态，使辽源盆地形态的明显向北扩大，其西南侧仍受北西向断裂控制。在辽河源—辽源火山盆地的西南侧，彼邻东丰—平岗断陷式火山含煤盆地，该盆地延展到平岗地区转向北，在大水缸地区该盆地与辽源盆地汇合成近南北向云顶镇（大水缸）晚侏罗纪盆地，在辽源盆地和平岗—大水缸盆地之间即为白泉北西向隆起。在研究区内辽源市—大水缸盆地实际上是一个北西向延展，向南西方向凸出的弧形火山含煤盆地的基本构造，它控制着盆地内晚侏罗纪德仁期火山喷发，久大期湖沼相沉积、安民期火山喷发，以及长安期河流相—湖沼相至湖相的沉积环境，从而造就了两期火山喷发和两期含煤沉积相的多元地层层序叠层结构的地层特征。

2 含煤盆地演化过程

在盆地内德仁期火山喷发面积较大，其火山岩组合是下部以中性安山岩类夹玄武质安山岩组合，发育有杏仁状安山岩、安山角砾岩、凝灰岩等，在上部的安山岩中间夹中酸性英安岩和流纹岩，组成了德仁组（J31d）火山岩。德仁组火山岩堆积各地不等，一般厚度在200～500m；进入第一期火山间歇期—久大期，主要沉积了河流相与湖沼相相间发育的环境期，但在盆地的中心地带主要是湖沼相沉积为主，其岩性以砂砾岩、砂岩、泥岩夹煤层，可采煤层多层，岩相相间变化，但由于辽源盆地较大，其湖沼相分布范围有所扩大，此间歇期虽然时间较短，但分布面积大于辽河源盆地，其成煤范围也将大于辽河源盆地，久大组（J32j）沉积厚度约200m左右。进入安民期即盆地的第二次火山喷发期，安民组（J33a）主要以安山岩熔岩和火山碎屑岩为主，间夹正常沉积的粗碎屑岩，其岩性组合是安山岩，气孔杏仁状安山岩、安山质角砾岩、夹砾岩、砂砾岩，顶部以凝灰质岩石增多，其沉积厚度100～400m不等；晚侏罗纪长安期火山活动进入逐渐消亡时期，长安期盆地以转入正常凹陷盆地的河流相、湖沼相和湖相沉积环境，其盆地凹陷范围有所缩小，仅盆地中心区域发育，其盆地的发育特点是显示了由西南向东北方向的掀斜式凹陷特征，即长安期在下部以河流相广泛分布，其上发育了湖沼相沉积地层，并显示了间歇交替的特征，表现出含煤地层层数多、煤层较薄。但向盆地中心地带湖沼相地层发育，连续性较好，煤层较厚，沿走向延伸稳定。在长安期的中晚期进入了湖相沉积环境，湖相地层覆盖了长安组（J34ca）的大部，在盆地东北侧和西端有超伏下伏地层的现象，长安组（J34ca）沉积厚度在400～600m间（图1）。

图1 含煤岩系地层柱状示意图Fig.1 Columnar sketchmap of coal-bearing rock series

进入晚侏罗纪末期辽源地区发生了由西南向北东方向的强烈挤压运动。本次构造变动对盆地侏罗纪地层产生了决定性构造形变，在区内形成了辽源北西向弧形向斜构造（图2）。

图2 褶皱构造分布示意图Fig.2 Schematic diagram of fold structure

辽源向斜在大水缸地区转向北，与平岗—大水缸向斜复合成大水缸南北向向斜并向北方向延伸，其中间的白泉背斜向北西倾伏消亡于大水缸地区，该背斜的核部为强烈隆起的花岗岩块，同时发生了强烈的由南西向北东的推移挤压作用，使辽源向斜的西南翼抬升，在盆地内形成次级背向斜构造，使长安组（J34ca）含煤地层褶皱抬升。在辽源向斜的西南翼还发育了轴向（北西向）断阶式正断层组合，即向核部依次下降的组合正断层带，使长安组、安民组和久大组的连续性受到破坏，在向斜核部地段岩层产状平稳，断裂破坏较小，转入东北翼，地层产状平缓（向斜的东南端），长安组地层出露地表，显示了长安组与安民组、久大组的正常接触关系（图3）。

在辽源向斜形成过程中，横切褶皱轴的北东向张性正断层发育，特别是与区域性北东向断裂作用复合后，北东向断裂带更发育，对辽源向斜构造发生了强烈的切割作用，将北西向辽源向斜构造切割成数块，每块依次由东向西的、由北西向向北北西方向扭动，从而使辽源向斜成为向西南凸出向北北西方向延伸的弧形展布形态。在第三纪时期，一些大型北东向断裂带成为第三纪玄武岩喷发的重要构造通道；辽源向斜的东北翼，老头山北东向断裂带以西地段发育一组北西向断裂，该组断裂是向斜北翼走向正断层组合构造带的代表性断裂，断层面产状倾向西南，倾角50°左右。这些北西向构造断层使西南盘长安组下降，被埋伏在泉头组（k1q）之下，从而保护了长安组含煤岩系；进入白垩纪泉头期，辽源向斜西南翼和北东翼两翼发育的北西向断层继续发生相向型下降运动，从而沉积了泉头期的洪坡积和河流冲积向堆积、其沉积厚度大于300m，覆盖了长安组（J34ca）；进入第三纪辽源地区发生了北东向断裂构造变动，在其与北西向断裂交汇部位导引了玄武岩浆喷发，形成中心式喷发的玄武岩盖，如老道山、猛虎亮山、一座营山等玄武岩盖，这些块状分布的玄武岩盖不仅覆盖了泉头组（k1q）,客观上同时覆盖了长安组（J34ca）（图4）。泉头组和玄武岩(β)的沉积虽然客观上保护了辽源地区的多元含煤地层结构，同时也给煤炭的普查勘探和采矿带来了困难与误导，因此揭开覆盖层寻找隐伏含煤矿层将是今后指导找矿的重要方向。

图3 辽源盆地北东向横剖面构造形态示意图Fig.3 NE cross pro fi le structure sketchmap of Liaoyuan Basin

3 含煤地层特征

通过成煤的构造环境、含煤岩系的层数及其与火山岩的关系，以及后期覆盖层的叠加，断裂构造的改造等全面分析，现明确地认定辽源盆地中有两套含煤岩系，即久大组（J32jd）和长安组（J34ca）。久大组在辽源盆地近百年开采历史中尚未发现有关的开采资料，在区域地质调查中也无相关的报导，使人们的找矿思路受到极大的限制。实际上在辽源盆地内久大组分布广、埋藏深，其矿产属于再开发多属隐伏在深部的丰富资源，它是今后辽源地区寻找煤炭资源的新的找矿方向；长安组分布较广，埋藏深浅不一，多处已被开发，但仍有开发的潜力。经综合研究查明现辽源地区所有大小煤矿开采的煤矿均属于同一含煤岩系，即长安组含煤层位。长期以来对其隶属虽说法不一，在空间关系上各有纷说，普查勘探深度和广度各不相同，主要受下列因素的影响所致，一是对长安组含煤岩系的成煤构造环境、岩相古地理和岩相分布规律、构成岩系的构造形态展布研究程度不够；二是长安组分布区大部分地段被泉头组（k1q）覆盖，其覆盖程度和深度研究不等；三是第三纪玄武岩属于中心式火山熔岩岩盖，在普查勘探和采矿工作中往往被作为终止点，误导了矿产分布的延伸分布特征的判定；四是辽源向斜内发育的轴（走向）向断层、横向断层、斜向断层网络系统未作深入调查研究、往往钻探打在断阶上或采矿追索到断层面上往往作出无煤带等结论，制约着普查勘探和采矿的深入展开；五是辽源盆地的西南缘受逆断裂控制，使向斜西南缘长安组含煤岩系受断层挤压作用发生褶皱，或掩埋于断层下盘构造特征，往往见花岗岩即认为是盆地边缘，严重制约了该地带的继续找矿工作；六是过往钻探和采矿工作中一个很大的误区是只要见到凝灰岩就终孔或止步，严重障碍了对凝灰岩及安山岩层之下久大组煤系地层的开发。

4 找煤方向

综上所述，可认定辽源市地区赋存着丰富的煤炭资源，它不仅是可以向深部找矿，在区内外围及被遗忘的地区仍有找矿的潜力，即辽源西安矿区及外围具有再开发的前景。西安矿及其外围地区普查勘探新的找矿方向，首先应着眼第一套含煤岩系——久大组（J32j）的普查勘探，其找矿方向有二：一是辽源盆地周边地区浅层地带久大组的调查，二是盆地深部久大组含煤岩系的勘探；其次是长安组（J34ca）含煤岩系中煤炭资源开发，其开发方向是对前述6条误导因素的破解，也是对长安组煤层得以再开发，尤其是在区域面积分布上，认真根据成煤岩相的分布特征，煤层分布的连续性和稳定性，以及被盖层深埋地段的找矿具有广泛的前景；第三是在平岗—大水缸向斜与辽源向斜交汇复合的南北向大水缸向斜以北延伸地区，将是未来找矿的重要方向区。